(57)【要約】【課題】成形された光学素子と型部材との離型性の改善を図る。【解決手段】ガラス素材２２を加熱加圧して光学素子２３を成形する光学素子の成形用型１０において、ガラス素材２２を保持する保持部材１８と、この保持部材１８を下方から支持する支持部材２０と、光学素子２３を成形する成形面１２ａを有している。また、この成形面１２ａの外周にて保持部材１８及び支持部材２０を積層状に支持する下型１２と、下型１２に中心軸を一致させた状態で下型１２及び保持部材１８に対向配置された上型１４とを備えている。さらに、支持部材２０は、下型１２、上型１４、及び保持部材１８の各線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する。【選択図】  図１Ａ
2010254498.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形素材を加熱加圧して光学素子を成形するための光学素子の成形用型において、
前記成形素材を保持する保持部材と、
当該保持部材を下方から支持する支持部材と、
前記光学素子を成形する成形面を有し、当該成形面の外周にて前記保持部材及び前記支持部材を支持する第１の型と、
当該第１の型に中心軸を一致させた状態で前記第１の型及び前記保持部材に対向配置された第２の型と、を備え、
前記支持部材は、前記第１の型、前記第２の型、及び前記保持部材の各線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有することを特徴とする、成形用型。
【請求項２】
請求項１に記載の成形用型において、
前記成形素材を保持する前記保持部材の保持面は、前記成形面であることを特徴とする、成形用型。
【請求項３】
成形素材を保持する保持部材及び当該保持部材を下方から支持する支持部材を成形面の外周にて支持する第１の型、並びに、当該第１の型と対を成す第２の型を、各々の中心軸を一致させた状態で対向配置する型組立工程と、
前記成形素材を加熱する加熱工程と、
前記加熱工程後、前記第２の型を停止させたまま前記第１の型を前記第２の型に接近移動させる加圧開始工程と、
前記加圧開始工程後、前記第１の型、前記保持部材、及び前記支持部材を一体として移動させ、前記成形素材を規定の中心肉厚まで加圧する加圧工程と、
前記成形素材を冷却する冷却工程と、を有し、
前記冷却工程における前記支持部材の収縮量は、前記第１の型、前記第２の型、及び前記保持部材の収縮量よりも小さいことを特徴とする、光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形素材を加熱軟化して加圧成形し光学素子を製造する光学素子の製造方法とその成形用型に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７は、従来の光学素子の成形用型１００の断面図である。
この成形用型１００は、成形素材１２２を保持する保持部材１１８と、この保持部材１１８に支持され成形素材１２２の外周を規制する規制部材１２５と、保持部材１１８の内側で摺動自在に配置された下型１１２と、この下型１１２に対向する上型１１４と、この上型１１４を支持し保持部材１１８及び規制部材１２５を摺動自在に嵌挿するスリーブ（胴型）１１６と、を備えている。
【０００３】
そして、成形時には、図８に示すように、成形素材１２２を加熱した後、上型１１４を停止させたまま、下型１１２を矢印方向に上昇移動させて成形素材１２２の加圧を開始する。また、加圧の途中で下型１１２、保持部材１１８、及び規制部材１２５を一体として上昇移動させ、成形素材１２２を規定の中心肉厚まで加圧して光学素子１２３を成形する。
【０００４】
しかし、加圧成形した光学素子１２３を取り出すときに、下型１１２の成形面に光学素子１２３が密着して外力なしには離型できなくなることがある。
この場合、外力の加え方に不均衡があると、取り出し時に光学素子１２３にバリ、欠けという欠陥が発生し、安定した光学素子１２３の供給ができない。
【０００５】
この欠陥は、単に形状のみならず、光学素子１２３に光学歪等の悪影響を及ぼし、光学素子１２３の品質面で重大な課題が発生する。
これに対し、例えば、特許文献１には、金型から両凸形状の光学素子を取り出すときに、この光学素子が上型に付着することなく離型可能な成形用金型に関する技術が提案されている。
【０００６】
この特許文献１では、上型の外周部全周に段差部を設け、加圧成形時にこの段差部によって光学素子の外周に凸形状部を形成している。そして、冷却時に、この凸形状部の収縮作用により光学素子を上型から離型しやすくするというものである。
【０００７】
また、特許文献２には、上型と下型との間に加圧力を付与したとき、この加圧力を超弾性部材（バネ）を介して下型とスリーブ（胴型）の段差部との当接面に作用させ、密着させる技術が開示されている。
【０００８】
これにより、スリーブと下型との間には成形バリを発生させずに上型側にのみ発生させ、型開き時に成形バリが発生した上型側に光学素子を付着させるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２７７０６０号公報
【特許文献２】特開２０００−２６４６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１では、光学素子の形状が両凸形状でない場合には、冷却工程において、上型と光学素子の光学機能面との密着力、及び上型への軟化したガラスの回り込み作用で、外力による光学素子の剥がし作用が別途必要となる。
【００１１】
また、特許文献２では、超弾性部材の弾性力に不均衡が発生しやすい。一方、この超弾性部材を光学素子の離型性の容易化のために用いた場合、その弾性力に不均衡が発生しやすく、超弾性部材として耐熱性のバネが必要となる。
【００１２】
本発明は斯かる上記の課題を解決するためになされたもので、成形された光学素子と型部材との離型性の改善を図り得る光学素子の製造方法とその成形用型を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明に係る成形用型は、
成形素材を加熱加圧して光学素子を成形するための光学素子の成形用型において、
前記成形素材を保持する保持部材と、
当該保持部材を下方から支持する支持部材と、
前記光学素子を成形する成形面を有し、当該成形面の外周にて前記保持部材及び前記支持部材を支持する第１の型と、
当該第１の型に中心軸を一致させた状態で前記第１の型及び前記保持部材に対向配置された第２の型と、を備え、
前記支持部材は、前記第１の型、前記第２の型、及び前記保持部材の各線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る成形用型は、上記の成形用型において、
前記成形素材を保持する前記保持部材の保持面は、前記成形面であることが可能である。
【００１５】
また、本発明に係る光学素子の製造方法は、
成形素材を保持する保持部材及び当該保持部材を下方から支持する支持部材を成形面の外周にて支持する第１の型、並びに、当該第１の型と対を成す第２の型を、各々の中心軸を一致させた状態で対向配置する型組立工程と、
前記成形素材を加熱する加熱工程と、
前記加熱工程後、前記第２の型を停止させたまま前記第１の型を前記第２の型に接近移動させる加圧開始工程と、
前記加圧開始工程後、前記第１の型、前記保持部材、及び前記支持部材を一体として移動させ、前記成形素材を規定の中心肉厚まで加圧する加圧工程と、
前記成形素材を冷却する冷却工程と、を有し、
前記冷却工程における前記支持部材の収縮量は、前記第１の型、前記第２の型、及び前記保持部材の収縮量よりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、成形された光学素子と型部材との離型性の改善を図り得る光学素子の製造方法とその成形用型を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】光学素子の成形用型の断面図である。
【図１Ｂ】保持部材の断面図である。
【図１Ｃ】支持部材の断面図である。
【図２Ａ】加圧開始工程を示す図である。
【図２Ｂ】加圧開始工程を示す図である。
【図３】加圧工程を示す図である。
【図４Ａ】冷却後の離型工程を示す図である。
【図４Ｂ】冷却後の離型工程を示す図である。
【図５】最終的な離型工程を示す図である。
【図６】離型作用の詳細を示す図である。
【図７】従来の光学素子の成形用型の断面図である。
【図８】従来の光学素子の成形用型の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
［実施の形態１］
図１Ａ〜図１Ｃは、本実施の形態の光学素子の成形用型の構成を示す図であり、図１Ａは光学素子の成形用型１０の断面図、図１Ｂは保持部材１８の断面図、図１Ｃは支持部材２０の断面図である。
【００１９】
図１Ａにおいて、光学素子の成形用型１０は、第１の型としての下型１２、第２の型としての上型１４、スリーブ（胴型）１６、保持部材１８、及び支持部材２０を有している。
【００２０】
下型１２は、段付き円柱状をなし、大径の基部１２１と小径の柱状の先端部１２２とを有している。先端部１２２は、基部１２１の上面から上方に突出している。先端部１２２の端面（上面）には、成形面１２ａが形成されている。先端部１２２は、保持部材１８及び支持部材２０の各々を上下に貫通する孔内に挿入されている。この成形面１２ａの外周で、かつ大径の基部１２１と柱状の先端部１２２との境界には、平坦な載置面１２ｂが形成されている。
【００２１】
上型１４は、鍔（フランジ）付き円柱状をなし、大径の基部１４１と小径の先端部１４２とを有している。先端部１４２は、基部１４１の下面から下方に突出している。この先端部１４２の端面（下面）に平坦な成形面１４ａが形成されている。この上型１４は、下型１２と中心軸Ｏ−Ｏを一致させた状態で、下型１２及び保持部材１８に対向配置されている。この保持部材１８は、支持部材２０によって下方から支持されている。
【００２２】
スリーブ１６は、内部が段付き円筒状をなしている。すなわち、このスリーブ１６には、両端の開口側から同軸状に小径の孔１６１と大径の孔１６２が形成されている。これらの孔１６１，１６２は、軸方向の中間で連通し、その境界に平坦な段差面１６ａが形成されている。
【００２３】
そして、小径の孔１６１に下型１２が摺動自在に嵌挿され、また、大径の孔１６２に上型１４が嵌挿される。この上型１４は、その基部１４１がスリーブ１６の開口側の端面に当接された状態で固定されている。
【００２４】
また、図１Ａに示すように、支持部材２０は、組立状態では、スリーブ１６の内側の段差面１６ａに当接支持されている。さらに、支持部材２０は、その支持面２０１（図１Ｃ参照）を介して保持部材１８を下方から支持している。こうして、加圧工程では、保持部材１８及び支持部材２０は下型１２の載置面１２ｂによって積層状に支持される。
【００２５】
図１Ｂに示すように、保持部材１８は薄肉の円筒形状をなしている。この保持部材１８には、中心Ｏに貫通孔１８ａが形成されている。また、開口側の一端内周側には、貫通孔１８ａよりも大径の座ぐり加工が施されている。この座ぐり加工により、保持部材１８の内周側に底面１８ｂ及び側面１８ｃが形成されている。この底面１８ｂ及び側面１８ｃは、成形素材としてのガラス素材２２を保持するとともに、成形面として機能する。
【００２６】
なお、成形素材としてはガラス素材に限らない。例えば、ポリカーボネート等の熱可塑性樹脂であってもよい。
図１Ｃに示すように、支持部材２０は厚肉の円筒形状をなしている。この支持部材２０には、中心Ｏに貫通孔２０ａが形成されている。また、開口側の一端外周側は、段付き円柱部に形成されている。この段付き円柱部は、平坦な当接面２０ｂと小径の凸状部２０ｃとを有している。この凸状部２０ｃは、スリーブ１６の大径の孔１６１に嵌挿され、当接面２０ｂはスリーブ１６の段差面１６ａに当接される。
【００２７】
ガラス素材２２は、円柱状をなす市販の光学ガラス（Ｌ−ＢＳＬ７  （株）オハラ製）が用いられ、その外周面は中心の光軸と略一致した状態に加工されている。
そして、図１Ａの型組立て状態で、不図示の加熱手段により、ガラス素材２２が下型１２、上型１４、保持部材１８、及び支持部材２０等とともに加熱される。このときの加熱温度は、使用されるガラス素材２２のガラス屈伏点（Ａｔ点）以上の温度である。例えば、ガラス屈伏点（Ａｔ点）＋４０℃に加熱される。ただし、この温度に限定されるものではない。
【００２８】
なお、下型１２、上型１４、及びスリーブ１６は、タングステンカーバイド（ＷＣ）等の超硬合金を研削・研磨して仕上げられている。また、ガラス素材２２を保持する保持部材１８は、ガラス素材２２の形状の転写も行うので、その材質には、緻密で転写性、離型性のよい、例えば下型１２等と同じ材質を用いるのが好ましい。
【００２９】
ここで、本実施の形態では、支持部材２０は、下型１２、上型１４、及び保持部材１８の各線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有することを特徴としている。
具体的には、各部材の線膨張係数をα１〜α４とすると、
下型１２の線膨張係数が      α１＝６．４×１０−６（／℃）
上型１４の線膨張係数が      α２＝６．４×１０−６（／℃）
保持部材１８の線膨張係数が  α３＝６．４×１０−６（／℃）
支持部材２０の線膨張係数が  α４＝４．００×１０−６（／℃）
ガラス素材２２の線膨張係数が  α＝７．１×１０−６（／℃）
となるように設定した。
【００３０】
なお、本実施の形態において、支持部材２０の線膨張係数をこのように設定したことの作用については後述する。
図２〜図６は、本実施の形態の光学素子の製造工程を示す図である。
【００３１】
図２Ａ及び図２Ｂは、加圧開始工程を示す図、図３は、加圧工程を示す図、図４Ａ及び図４Ｂは、冷却後の離型工程を示す図、図５は、最終的な離型工程を示す図、図６は、離型作用の詳細を示す図である。
【００３２】
本実施の形態の光学素子の製造工程は、型組立工程、加熱工程、加圧開始工程、加圧工程、冷却工程、及び離型工程を有する。
ただし、この工程は一例を示すものであり、これに限らない。例えば、これらの工程をさらに細分化することも可能であり、また、いくつかの工程にまとめることもできる。
【００３３】
まず、図１Ａに基づき型組立工程について説明する。
不図示のベース盤上に下型１２を配置する。この下型１２に対し上方からスリーブ１６を嵌挿する。次いで、スリーブ１６内に支持部材２０を嵌挿し、さらに支持部材２０の上面に積層状に支持されるように保持部材１８をスリーブ１６内に嵌挿する。続いて、この保持部材１８の底面１８ｂ（図１Ｂ参照）上にガラス素材２２を配置する。
【００３４】
このとき、ガラス素材２２の中心が型中心軸Ｏ−Ｏに一致するようにする。成形されるガラス素材２２が、光軸中心を中心として周囲に均等に拡がるようにするためである。次に、スリーブ１６の上端開口側から上型１４を嵌挿する。この上型１４は、その基部１４１がスリーブ１６の上端面に当接した時点で、適宜の固定手段によりスリーブ１６に固定する。このようにして、ガラス素材２２は、対を成す下型１２及び上型１４、並びに、スリーブ１６の内側に収容される。
【００３５】
以上で、型組立工程が完了する。なお、型組み込みの順序はこれに限らない。例えば、最初に不図示のベース盤上にスリーブ１６を配置し、このスリーブ１６内に下型１２を嵌挿するようにしてもよい。
【００３６】
次いで、加熱工程に移行する。
この加熱工程では、前述したように、不図示の加熱手段により、ガラス素材２２が下型１２、上型１４、保持部材１８、及び支持部材２０等とともにガラス屈伏点（Ａｔ点）以上の温度に加熱される。これにより、ガラス素材２２は成形可能な粘度に軟化する。
【００３７】
次に、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、ガラス素材２２の加圧開始工程に移行する。
この工程では、加熱によって軟化したガラス素材２２が保持部材１８に載置された状態で、不図示の駆動手段により下型１２を図２Ａの矢印Ａ方向に上昇移動させる。この場合、上型１４は停止したままの状態で下型１２のみが上昇移動する。すると、下型１２は図１Ａに示した状態（下型１２と支持部材２０が離れた状態）から、図２Ａに示すように支持部材２０の底面に下型１２の載置面１２ｂが当接する。
【００３８】
さらに、下型１２が上昇移動することにより、図２Ｂに示すように、支持部材２０はスリーブ１６の段差面１６ａから離れて上昇移動する。すなわち、この上昇移動の途中で、下型１２、支持部材２０、及び保持部材１８は一体として上昇移動する。
【００３９】
次に、加圧工程に移行する。
この工程では、図３に示すように、下型１２を上昇移動させてガラス素材２２を所定の中心肉厚まで加圧する。
【００４０】
すなわち、まずガラス素材２２の一端（上端）が上型１４の成形面１４ａに当接する。さらに、ガラス素材２２の他端（下端）も下型１２の成形面１２ａ及び保持部材１８により付勢されて加圧が開始される。このとき、ガラス素材２２の他端（下端）は、下型１２の成形面１２ａと保持部材１８の底面１８ｂ及び側面１８ｃとによって加圧成形される。
【００４１】
そして、下型１２のさらなる上昇移動により、ガラス素材２２は規定の中心肉厚まで加圧成形される。
この加圧工程が終了すると、ある程度の加圧力を保持したまま、図３の状態で冷却工程に移行する。
【００４２】
この冷却工程では、成形されたガラス素材２２を不図示の冷却手段により冷却（例えば常温に）して固化し、光学素子２３が得られる。この冷却工程により、光学素子２３の形状が安定化される。
【００４３】
次に、離型工程に移行する。
この工程では、図４Ａに示すように、不図示の駆動手段により、下型１２を上型１４に対し矢印Ｂ方向に下降移動させる。すると、支持部材２０、保持部材１８、及び光学素子２３も自重により下型１２と一体となって下降移動する。
【００４４】
この下型１２の下降移動により、やがて、図４Ｂに示すように、支持部材２０がスリーブ１６の段差面１６ａに当接する。すると、支持部材２０、保持部材１８、及び光学素子２３は、それ以上は下降移動しない。段差面１６ａによって下降移動が規制されるためである。
【００４５】
このため、次に、図５に示すように、さらなる下型１２の下降移動により、光学素子２３が下型１２から離型される。
この場合、本実施の形態では、光学素子２３と下型１２との離型性の改善が図られている。
【００４６】
これを図６により説明する。なお、この図６では、理解を容易にするため、下型１２、支持部材２０、保持部材１８、支持部材２０、及び上型１４の夫々の相互間にわずかなギャップを設けて示しているが、これらは実際には相互に密接されているものとする。
【００４７】
図６において、光学素子２３が成形された状態では、下型１２の成形面１２ａとその周囲部分（柱状の先端部）は、成形された光学素子２３によって抱きつくように囲まれた状態となっている。この状態では、一般的には、離型の際に光学素子２３にバリ、カケ、割れといった欠陥が発生しやすい。
【００４８】
ここで、本実施の形態では、下型１２と保持部材１８との間に線膨張係数の小さい支持部材２０を設けたことで離型性をよくした点に特徴を有している。
すなわち、成形されたガラス素材２２の冷却時に、成形工程の温度（例えばＡｔ＋４０℃）から冷却工程の温度（例えば常温）に下がったときに、ガラス素材２２は一般に他の部材よりも大きく収縮する。一般に、ガラス素材２２の線膨張係数が、他の部材よりも大きいためである。
【００４９】
また、ガラス素材２２の収縮と同時に、下型１２と保持部材１８も夫々の線膨張係数に応じて収縮する。しかし、この場合、保持部材１８を下方から支持している支持部材２０の収縮量は、下型１２の柱状の先端部１２２の光軸Ｏ−Ｏ方向の収縮量に比較してかなり小さい。
【００５０】
このため、光学素子２３の外周部は、保持部材１８を介して支持部材２０に支持された状態で、下型１２の柱状の先端部１２２のみが大きく収縮することになる。これにより、下型１２の成形面１２ａと光学素子２３との間には、収縮量の差に応じた大きな引き離し力が作用する。こうして、冷却工程から離型工程に至る間を通じて、光学素子２３からの下型１２の離型作用が促進されることになる。
【００５１】
このように、本実施の形態によれば、耐熱ばね等を用いることなく、各構成部材の収縮量の差を利用して離型することができるため、無理なくスムーズに離型が行われる。
なお、本実施の形態では、支持部材２０で直接的にガラス素材２２を保持することなく、保持部材１８を用いてガラス素材２２を保持するようにした。これは、保持部材１８を用いることで、ガラス素材２２との融着を防止することができる等の利点を有するためである。また、成形される光学素子２３の形状が設計変更された場合にも、保持部材１８のみを交換することで簡単に対応することができる。
【００５２】
さらに、保持部材１８を省略した場合、線膨張係数の小さい支持部材２０に、転写性、離型性を向上させる表面処理を施すよりも、保持部材１８に同様の表面処理を施すことの方がコスト等の面で有利であるからである。
【００５３】
本実施の形態によれば、従来、冷却後の取り出し時に発生していたバリ、カケ、割れといった欠陥のない光学素子２３を容易確実に得ることができる。
このため、例えば組立工程におけるガラス素材２２の装填、冷却工程後の光学素子２３の取り出し等を自動成形装置を用いて行う際に、光学素子２３の金型への貼りつきや欠陥が発生することによる作業停止状態がなくなるため、稼動率の向上を図ることができる。
【００５４】
［実施の形態２］
実施の形態１では、支持部材２０として線膨張係数の小さい材質を用いたが、本実施の形態では、支持部材２０として負膨張マンガン窒化物を用いたものである。
【００５５】
すなわち、負膨張マンガン窒化物は、例えば８００℃においても線膨張係数はゼロに近い。このため、支持部材２０として負膨張マンガン窒化物を用いることで、成形完了後の冷却時に、下型１２はその線膨張係数に応じて収縮するが、光学素子２３の外周部を保持している保持部材１８を支持している支持部材２０はほとんど収縮しない。このため、光学素子２３と下型１２との引き離し力をさらに大きくして剥離（離型）を容易に行うことができる。
【００５６】
本実施の形態においても、保持部材１８を省略して支持部材２０（負膨張マンガン窒化物）を用いることも可能である。しかし、前述と同様に、支持部材２０（負膨張マンガン窒化物）に転写性、離型性を向上させる表面処理、例えばカーボン類似のダイヤモンド膜等の金属膜を施すよりも、超硬合金等からなる保持部材１８に同様の表面処理を施す方が簡単である。
【００５７】
超硬合金等に表面処理を施す方が、下処理工程も少なく、工数やコスト等の面で有利であるからである。
本実施の形態によれば、支持部材２０として負膨張マンガン窒化物を用いることで、下型１２と光学素子２３との引き離し力をさらに大きくして剥離（離型）を容易に行うことができる。
【符号の説明】
【００５８】
１０      成形用型
１２      下型
１２１    大径の基部
１２２    小径の先端部
１２ａ    成形面
１２ｂ    載置面
１４      上型
１４１    基部
１４２    先端部
１６      スリーブ
１６１    小径の孔
１６２    大径の孔
１６ａ    段差面
１８      保持部材
１８ａ    貫通孔
１８ｂ    底面
２０      支持部材
２０１    支持面
２０ａ    貫通孔
２０ｂ    当接面
２０ｃ    凸状部
２２      ガラス素材
２３      光学素子
【図１Ａ】
2010254498.tif 000003
【図１Ｂ】
2010254498.tif 000004
【図１Ｃ】
2010254498.tif 000005
【図２Ａ】
2010254498.tif 000006
【図２Ｂ】
2010254498.tif 000007
【図３】
2010254498.tif 000008
【図４Ａ】
2010254498.tif 000009
【図４Ｂ】
2010254498.tif 000010
【図５】
2010254498.tif 000011
【図６】
2010254498.tif 000012
【図７】
2010254498.tif 000013
【図８】
2010254498.tif 000014